FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES
“
CARACTERIZACIÓN GEOQUÍMICA DE SEDIMENTOS
DE LA LAGUNA LIMONCOCHA
”
CARLOS GILBERTO ORDOÑEZ CAMPAIN
Director de la Tesis:
ING. FABIO VILLALBA M.Sc
Como requisito para la obtención del título de:
MAGISTER EN GESTION AMBIENTAL EN LA INDUSTRIA
Quito, 30 de Agosto del 2013
iv DEDICATORIA.
A mi esposa Lourdes y mis hijas, María Isabel y Andrea, que durante todo este tiempo
entendieron lo importante que este desafío significaba para mí. Su amor y paciencia me
fortalecieron día a día.
AGRADECIMIENTO
Quisiera expresar mi sincero agradecimiento a la Universidad Internacional SEK por
auspiciar mi participación en la Maestría.
A Fabio Villalba, director del presente trabajo, por sus acertados consejos y sugerencias
durante la elaboración de esta Tesis.
A Katty Coral y Alonso Moreta, compañeros de labores y miembros del tribunal que
durante todo este tiempo han motivado la culminación de este emprendimiento.
A mis alumnos/as de Quinto Semestre de Ingeniería Ambiental durante el período
2012-2013, por su entusiasta participación en algunos de los ensayos desarrollados.
Especial reconocimiento para Jendry Moya, por su valiosa colaboración en todos los
requerimientos logísticos que este trabajo demandó y, su incondicional apoyo para llevarlo a
v
INDICE GENERAL
CONTENIDO PAGINA
Portada………. i
Declaración juramentada de autores……… ii
Declaración firmada Director y lectores……….. iii
Dedicatoria……….. iv
Agradecimientos………. iv
Índice general de contenidos………. vi
Índice de tablas y figuras………... vii
Resumen……….. 1
Abstract……… 1
Introducción……….. 2
1.1 Problema a investigar……….. 2
1.1.1 Planteamiento del problema………. 2
1.1.1.1 Diagnóstico……… 4
1.1.1.2 Pronóstico………. 4
1.1.1.3 Control del pronóstico……….. 5
1.1.2 Formulación del problema………. 5
1.1.3 Sistematización……….. 5
1.1.4 Objetivo General………. 5
vi
1.1.6 Justificación……… 6
1.2 Marco Teórico……… 7
1.2.1 Estado actual del conocimiento……….. 16
1.2.2 Adopción de una perspectiva teórica……… 22
1.2.3 Marco conceptual……….. 23
1.2.4 Hipótesis……… 23
1.2.5 Identificación y caracterización de variables……… 23
CAPITULO II : Método 24 2.1 Tipo de estudio………. 24
2.2 Modalidad de la Investigación………. 24
2.3 Método………. 24
2.4 Población y muestra………. 24
2.5 Instrumentos de Investigación………. 25
2.5.1 Recolección de muestras………... 25
2.5.2 Métodos de caracterización y análisis geoquímicos………. 35
2.5.2.1 Pre tratamiento de las muestras……….. 35
2.5.2.2 Análisis granulométrico………. 36
2.5.2.3 Determinación de la densidad……… 37
2.5.2.4 Análisis mineralógico………. 38
2.5.2.5 Contenido de sólidos……….. 39
2.5.2.6 Medición del pH………. 40
2.5.2.7 Contenido de materia orgánica……….. 41
vii
2.5.2.9 Fósforo total………... 43
2.5.2.10 Nitrógeno total………. 45
2.5.2.11 Análisis de metales……….. 47
2.6 Validez y confiabilidad de los instrumentos……… 48
2.7 Procesamiento de datos……… 48
CAPITULO III: Resultados 50 3.1 Levantamiento de datos……… 50
3.2 Presentación y análisis de resultados………... 50
3.2.1 Medición de la profundidad……….. 50
3.2.2 Análisis granulométrico……… 51
3.2.3 Determinación de la Densidad……….. 54
3.2.4 Análisis mineralógico……… 56
3.2.5 Contenido de sólidos………. 60
3.2.6 Medición del pH……… 62
3.2.7 Contenido de materia orgánica………. 64
3.2.8 Hidrocarburos totales de petróleo………. 68
3.2.9 Fósforo total……….. 69
3.2.10 Nitrógeno total………. 70
3.2.11 Análisis de metales……….. 73
CAPITULO IV: Discusión 76 4.1 Conclusiones……… 76
4.2 Recomendaciones………. 79
REFERENCIAS………. 81
viii
INDICE DE TABLAS Y FIGURAS
Tablas página
Tabla 1: valores de algunos parámetros de la laguna Limoncocha……… 25
Tabla 2: Ensayo de tamizado: (%) retenido……… 55
Tabla 3: Ensayo de tamizado: (%) retenido acumulado………. 55
Tabla 4: Equivalencia de diámetro de partícula a fracción identificable……… 55
Tabla 5: Composición en fracciones (granulométricas) de los sedimentos………… 56
Tabla 6: densidad relativa de los sedimentos………. 58
Tabla 7: especies minerales encontradas mediante Difracción de Rayos X………. 60
Tabla 8: datos experimentales del contenido de sólidos en los sedimentos……….. 64
Tabla 9: valores experimentales del pH de los sedimentos……… 66
Tabla 10: Materia orgánica en los sedimentos……… 68
Tabla 11: Contenido de TPH en los sedimentos………. 72
Tabla 12: Concentración de Fósforo en los sedimentos………. 73
Tabla 13: Concentración de Nitrógeno en los sedimentos………. 74
Tabla 14: valores para la relación de concentración (mg/kg)………. Nitrógeno / Fósforo, (N/P). 75 Tabla 15: Concentración de elementos en el sedimento………. 77
ix
Figuras página
Figura 1: zonas principales de un lago (Roldán, G. 2008)……… 15
Figura 2: contornos y perfiles de la laguna……… 26
Figura 3: Mapa Batimétrico de la laguna Limoncocha, 2012……… 26
Figura 4: estaciones de muestreo ubicadas en la laguna Limoncocha……….. 30
Figura 5: muestreador de núcleos……….. 31
Figura 6: dispositivo acoplado para recolección de sedimentos superficiales……... 32
Figura 7: muestra de sedimento en “cartucho” del nucleador……… 32
Figura 8: almacenamiento de muestras de sedimentos en fundas de polietileno…… 33
Figura 9: almacenamiento de muestras de sedimentos en recipientes plásticos……. 33
Figura 10: punto de muestreo 1, frente al muelle………... 34
Figura 11: muestra de sedimento punto No 1……….. 34
Figura 12: punto de muestreo 2, frente a la antena (oeste)………. 35
Figura 13: muestra de sedimento punto No 2……….. 35
Figura 14: punto de muestreo 3, desembocadura rio Pishira……….. 36
Figura 15: muestra de sedimento punto No 3……….. 36
Figura 16: punto de muestreo 4, entrada al “caño”………. 37
Figura 17: muestra de sedimento punto No 4……….. 37
Figura 18: punto de muestreo 5, frente a la antena (este)………... 38
Figura 19: muestra de sedimento punto No 5……….. 38
Figura 20: sonda portátil de profundidad DEPTHMATE®………... 39
x
Figura 22: juego de tamices COLE PARMER®………. 41
Figura 23: picnómetro de vidrio, (25 mL de capacidad)……… 42
Figura 24: Difractómetro de Rayos X, Siemens D5000 (INIGEMM, 2013)……… 43
Figura 25: Estufa eléctrica MEMMET……….. 44
Figura 26: Medidor de pH, HACH 280………. 45
Figura 27: mufla eléctrica WISE THERM……… 46
Figura 28: Analizador de TPH, BUCK SCIENTIFIC 101……….. 47
Figura 29: Espectrofotómetro HACH 5000 y digestor……….. 48
Figura 30: Equipo de digestión INKJEL M……… 50
Figura 31: Equipo de destilación micro Kjeldhal BEHR S1……….. 50
Figura 32: Espectrofotómetro de Absorción Atómica PERKIN ELMER AA 200… 52 Figura 33: profundidad registrada para cada estación de muestreo……….. 54
Figura 34: Curva granulométrica de los sedimentos……….. 56
Figura 35: Diagrama de textura……….. 57
Figura 36: diagrama de “caja” para la densidad de los sedimentos de la laguna…... 58
Figura 37: Correlación entre la profundidad y densidad del sedimento……… 59
Figura 38: Difractogramas de las muestras 1,2 y 3 de sedimentos………. 61
Figura 39: Difractogramas de las muestras 4 y 5 de sedimento………. 62
Figura 40: Composición porcentual de especies minerales en los sedimentos……. 63
Figura 41: diagrama de “caja” para el contenido de sólidos de los sedimentos…… 65
xi Figura 43: isolineas de pH en el agua de la laguna Limoncocha registradas durante
el año 2012……… 67
Figura 44: diagrama de “caja” para la materia orgánica de los sedimentos………... 68
Figura 45: Muestras de sedimento calcinadas……… 69
Figura 46: distribución espacial del contenido de materia orgánica en los sectores muestreados de la Laguna Limoncocha……… 70
Figura 47: isolineas de oxígeno disuelto en el agua de la laguna Limoncocha registradas durante el año 2012……… 71
Figura 48: diagrama de “caja” para la concentración de TPH……….. 72
Figura 49: diagrama de “caja” para la concentración de Fósforo total………. 73
Figura 50: diagrama de “caja” para la concentración de nitrógeno total……… 74
Figura 51: Relación N / P para los sedimentos………... 75
Figura 52: correlación entre N total y P total………. 76
1 RESUMEN
La laguna Limoncocha se halla ubicada en la Amazonía ecuatoriana al norte del rio Napo, en la Reserva Biológica Limoncocha (RBL). Está incluida, en el marco de la convención RAMSAR, como un humedal continental con categoría “O” (lagos permanentes de agua dulce, de más de 8 ha). El presente trabajo, abordó la Caracterización Geoquímica de los sedimentos de la laguna mediante la realización de ensayos físicos, análisis químicos y mineralógicos de cinco muestras recolectadas en distintas estaciones. Los resultados muestran que se trata de sedimentos poco consolidados con tamaño de partícula que corresponde a una textura arcillosa con predominio de minerales tipo plagioclasas, moscovita, dickita y pequeñas cantidades de cuarzo y óxido de hierro. El contenido de materia orgánica puede considerarse normal tratándose de un sistema lagunar tropical poco profundo. So origen puede atribuirse a un aporte alóctono de los afluentes y autóctono por degradación de la biomasa vegetal presente en el lecho de la laguna. Los valores de pH se ubican en el rango “ligeramente ácido”. La concentración de Hidrocarburos totales de petróleo (TPH), es baja tomando como referencia los valores de concentración de fondo en suelos cercanos a la laguna. En general, las concentraciones de fósforo y nitrógeno total fueron poco homogéneas, con valores de fósforo relativamente altas y valores de nitrógeno muy bajos. Respecto a los metales analizados, su distribución es heterogénea sin identificarse ningún patrón de acumulación en ninguna zona de la laguna. Se registra la presencia de elementos agrupados por su nivel de concentración en tres asociaciones: Cr, Co, Ni y Pb menores a 0,6 mg/kg; Zn y Cu entre 0,7 y 1,4 mg/kg; Mn, Ba y Ti entre 4 y 16 mg/kg.
ABSTRACT
The Lake Limoncocha is located in the Ecuadorian Amazon North of the Napo River, in the Limoncocha biological reserve (RBL). It is included in the framework of the Convention of RAMSAR, as a continental wetland with category "O" (freshwater, permanent Lakes over 8 ha). This work addressed the geochemical characterization of sediments of the lagoon through physical tests, chemical and mineralogical analysis of five samples collected in different seasons. The results show that it is sediment little consolidated with particle size which corresponds to a clayey texture with a predominance of type minerals plagioclase, Muscovite, dickite, and small amounts of quartz and iron oxide. The content of organic matter can be considered normal in the case of a system shallow tropical lagoon. So origin can be attributed to a contribution of autochthonous and allochthonous of the tributaries by degradation of plant biomass present in the bed of the lagoon. pH values are in the range slightly acid. The concentration of total petroleum (TPH) hydrocarbons is low with reference to the values of background concentration in soils near the lagoon. In general, the
concentrations of total nitrogen and phosphorus were little homogenous, with very low values of relatively high phosphorus and nitrogen. Regarding the analyzed metal, its distribution is heterogeneous without identifying any patterns of accumulation in any area of the lagoon. Register the presence of elements grouped by their level of concentration in three
2
CAPITULO I
INTRODUCCION
1.1
El PROBLEMA DE INVESTIGACION
1.1.1 Planteamiento del problema
Investigar sobre la geoquímica de los sedimentos lacustres es una tarea que permite
recabar información sobre los componentes primordiales y características de índole física,
química y mineralógica del ecosistema acuático.
Comprender el comportamiento de las sustancias químicas en el ambiente es de gran
importancia para conocer los procesos que influyen en su flujo a través de los ecosistemas, la
especiación, disponibilidad, tiempo de residencia, distribución vertical en el agua,
concentración en los sedimentos entre otros (Libes, 1992).
“El estudio de los sedimentos da información acerca de las formas químicas de los
elementos traza, su concentración y las condiciones fisicoquímicas que prevalecen al
momento de ser depositados” (Boggs, 2001).
Adicionalmente, permite evaluar las concentraciones de ciertas especies químicas que
están directamente relacionadas con el estado trófico del cuerpo de agua al producirse un
intercambio bidireccional entre el sedimento y la columna de agua. También posibilita
3 Uno de los aspectos más importantes en la caracterización de los sedimentos es conocer el
tamaño de partícula, el cual está relacionado con el tamaño en el área superficial debido a que
las partículas de grano fino tienen mayor razón del área de superficie a su radio, tienden a
formar láminas, con una mayor área y más compactas, propiciando la acumulación de materia
orgánica y contaminantes (De Groot et al., 1982).
Se puede afirmar que, el estudio de los sedimentos lacustres constituye una importante
fuente de información para entender el comportamiento del lago o laguna en el cual están
depositados.
Los lagos son elementos singulares del paisaje, efímeros a escala geológica, pero testigos e
incluso agentes activos de la evolución del clima en la Tierra desde sus orígenes (Valero
Garcés & Moreno, 2011).
La gran variedad de ambientes de depósito y los múltiples ecosistemas que generan los
lagos hacen que proporcionen valiosa información para estudios en Paleoclimatología.
Además, los lagos o lagunas son sistemas que intervienen activamente en los ciclos
hidrológicos y biogeoquímicos globales que reaccionan rápidamente a los cambios de
condiciones climatológicas que se generan en la atmósfera.
El presente estudio, investigó la composición de los sedimentos de la laguna de
Limoncocha a través del análisis de muestras tomadas en diferentes puntos de la laguna; el
resultado fue un conjunto de datos sobre las características físico-química y mineralógica de
4 1.1.1.1 Diagnóstico
En general, la disponibilidad de información sobre lagos amazónicos es escasa; en tal
virtud, el presente estudio se origina como respuesta a la falta de datos relacionados con la
composición geoquímica y mineralógica de los sedimentos de la laguna de Limoncocha que
pertenece a este grupo de lagos y lagunas de la región Amazónica. Además, forma parte del
proyecto de investigación “Generación de una línea base limnológica en la laguna
Limoncocha, con miras a modelizar la incidencia del cambio climático en el área” que la
Dirección de Investigación e Innovación de la Universidad Internacional SEK, lleva a cabo
desde el año pasado.
El cambio climático tiene una incidencia global, y sus efectos se están evidenciando a
nivel general, aunque no están plenamente identificados y cuantificados. De todos modos,
existe el consenso de que algunas áreas serán especialmente sensibles a estos cambios, entre
ellas, la Amazonía. En esta región, hay ciertos ecosistemas que por sus características
particulares y fragilidad, pueden ser afectados en mayor medida; tal sería el caso de la
Reserva Biológica Limoncocha, ubicada en la Amazonía ecuatoriana (Villalba, 2012) y otros
trabajos en curso del mismo autor.
1.1.1.2
Pronóstico
La falta de información respecto a las características geoquímicas de los sedimentos de la
laguna de Limoncocha no permitía conocer con alguna certidumbre, posibles escenarios
sobre el origen y comportamiento del ecosistema de la laguna y, en consecuencia, poder
aportar con datos de campo de carácter limnológico para a futuro, establecer un modelo de
5 1.1.1.3
Control del Pronóstico
La caracterización físico-química y mineralógica de los sedimentos superficiales de la
laguna y su posterior correlación con otros factores analizados en otros trabajos afines en el
ecosistema de la reserva Biológica de Limoncocha, permite resolver en parte, el problema de
falta de información fidedigna en relación a las incógnitas de carácter científico que se tenían
respecto al ecosistema planteado.
1.1.2
Formulación
¿Cuáles son las características geoquímicas de los sedimentos superficiales de la laguna de
Limoncocha?
1.1.3
Sistematización
¿Las muestras superficiales de sedimentos de la laguna de Limoncocha son fuente de
información suficiente y confiable respecto a sus características geoquímicas?
¿La caracterización geoquímica de las muestras recolectadas aporta una información fiable
de la estructura, composición química y mineralógica de los sedimentos de la laguna?
¿Los datos obtenido pueden incorporarse a la línea base limnológica que pretendemos
establecer para el ecosistema de la laguna de Limoncocha?
1.1.4 Objetivo General
Obtener las características geoquímicas fundamentales de los sedimentos superficiales
6 1.1.5 Objetivo Específicos
1.1.5.1 Recolectar núcleos de sedimentos en cinco estaciones de muestreo en la laguna.
1.1.5.2 Analizar la composición físico-químico de las muestras (contenido de sólidos, densidad, contenido de materia orgánica, fósforo y nitrógeno totales).
1.1.5.3 Analizar la granulometría y mineralogía de los sedimentos. 1.1.5.4 Analizar el contenido de metales pesados en los sedimentos.
1.1.6
Justificación
La presente investigación sirvió para generar datos de campo que a su vez se incorporan al
conjunto de datos de la línea base limnológica de la laguna de Limoncocha, con miras a
establecer un modelo que posibilite predecir la incidencia del cambio climático en el área de
estudio.
La determinación de las características geoquímica de los sedimentos superficiales de la
laguna, permitió resolver el problema de la falta de información al respecto.
El trabajo realizado, dispuso de suficiente información bibliográfica, elementos
materiales, equipos, y requerimientos logísticos en la zona de estudio.
La justificación para la ejecución de este proyecto de investigación es de carácter teórico,
pues generó nuevos conocimientos además, solucionó en gran medida el problema planteado
por el interés práctico del autor.
El estudio no produjo impactos ambientales o socio-económicos visibles y sus resultados
7
1.2
MARCO TEORICO
Lagos y lagunas.
Pertenecen a la categoría de aguas quietas o leníticas. Una definición aparentemente
práctica, define al lago como una extensión de agua rodeada de tierra por todas partes, y una
laguna como algo similar, pero más pequeño.
Formación de lagunas.
Las lagunas se forman donde hay un suministro de agua o un depresión en la superficie de
la tierra. Se sustentan principalmente por los ríos y perdida de agua por el flujo hacia un río y/
o evaporación de la superficie; además, debe considerarse aportes subterráneos que alimentan
el cuerpo de agua. El equilibrio entre el ingreso, salida y la velocidad a la que la evaporación
se produce regulan el nivel de agua en el lago y la química del agua (Roldán, 2008).
En condiciones de alta afluencia el nivel del agua en la laguna puede permanecer
constante, este nivel se regula por el punto de derrame de la salida, el agua en estas
condiciones permanece renovada. El resultado de la entrada de agua a baja velocidad junto
con la alta evaporación en una cuenca cerrada genera la concentración de iones disueltos, que
pueden precipitar y formar depósitos. Las lagunas son entonces muy sensibles al clima y el
cambio climático (Barona, 2005).
Lagunas originadas por acción de los ríos.
Roldán (2008), hace un extenso análisis sobre las características de los cuerpos lacustres y,
de este trabajo se ha recabado la información presentada a continuación.
La acción de las corrientes de los ríos forma cuencas mediante deposición de sedimentos y
8 denominadas “lagunas de inundación” corresponde a un tipo de lagunas que se hallan en
depresiones de la planicie amazónica de aguas blancas donde reciben el nombre de lagos de
várzeas. Una de las características de este tipo de lagunas es la gran variación del nivel del
agua dependiendo de las precipitaciones.
Zonación en un lago.
La región riparia: es un humedal típico que cubre no solo la zona eulitoral, (orilla o ribera) sino también una sector considerable del área litoral. Es una zona productora de
detritos de origen tanto alóctono como autóctono.
Los detritos alóctonos se originan en la fina capa que cae transportada por el aire. La zona
riparia puede ser una importante fuente de elementos para la zona litoral, donde estos se
acumulan.
El detrito autóctono, originado en las macrofitas flotantes y sumergidas, se acumula en las
orillas e incrementa la reserva de detritos provenientes de la acción del oleaje. Este oleaje,
fracciona inicialmente la biomasa muerta tanto de las macrofitas flotantes como de las
9 Figura 1: zonas principales de un lago (Roldán, G. 2008)
La región litoral: Es una región ecotónica; por tanto, es un compartimento autónomo con todos los niveles tróficos, gran cantidad de nichos ecológicos y de cadenas alimenticias de
herbivoría y de detritos.
La fuente de energía de la cadena alimenticia de detritos es la biomasa muerta, originada
en macrofitas y en hojas provenientes de la zona costera.
Constituye la principal fuente de energía en esta región del ecosistema acuático y es
realizada fundamentalmente por los macro invertebrados acuáticos. Es además la principal
fuente de detritos disueltos (Carbono orgánico disuelto). Esta fuente de COD puede ser igual
o mayor a la producida por el fitoplancton.
Región limnética o pelágica: Está presente en casi todos los ecosistemas acuáticos. Sus comunidades características son el plancton (bacterias, algas, hongos e invertebrados) y
10 Está conformada por:
La zona trofogénica, dividida a su vez en fótica o eufótica, donde se lleva a cabo la
producción primaria; la zona de compensación, donde la producción es igual al consumo y la
zona trofolítica o afótica, en la que ocurre consumo y mineralización de la materia orgánica.
La estratificación de un lago significa la formación de “capas” de agua de distintas
características que pueden ser físicas o químicas. La estratificación térmica ocurre cuando
existen diferencias de densidad en las aguas del lago que a su vez, resultan del gradiente
térmico, e influyen sobre la circulación vertical de las aguas a lo largo de cierto período de
tiempo, (Manaham, 2002).
Con base a una estratificación simple, Carmouze (1994) divide esta zona en los siguientes
compartimentos:
1. El de C, N y P orgánicos disueltos, simbolizados por COD, NOD y POD. Incluye bacterioplancton, moléculas complejas (sustancias húmicas) que representan material
coloidal, así como moléculas simples disueltas (carbohidratos, aminoácidos).
2. El comportamiento del C, N y P inorgánicos disueltos, simbolizado por CID, NID y PID. El CID está constituido por CO2 libre, HCO3- y CO32-; el NID por NH4+,NO2-,
NO3- y N2 disuelto. Aunque el N2 es la forma más importante cuantitativamente, no se
tiene en cuenta porque no participa en los procesos biológicos. El PID está
conformado por H2PO4-, HPO42- y PO43-.
El del C, N y P orgánicos particulados (COP, NOP, POP). Corresponde a la biomasa de los
organismos y los detritos en suspensión. En estos compartimentos, el material recogido
11 Para ello, las botellas muestreadoras son inapropiadas, ya que no recogen organismos que
posean mayor capacidad de fuga (por ejemplo, algunos organismos de zooplancton).
Esta división, basada en el fraccionamiento simple, consiste en separar dos partes: una
mayor que 0,45 µm que corresponde al material particulado. Una menor que 0,45 µm, que es
el material conocido como disuelto. Ambos pueden determinarse usando filtros Whatman
GF/C o equivalentes con poros de 0,45 µm.
Región profunda o bental: Se caracteriza por la ausencia de organismos fototróficos, por lo que es una zona totalmente dependiente de la producción de materia orgánica en las
regiones litoral y limnética.
Sus comunidades principales son los macro invertebrados acuáticos, cuya diversidad y
densidad dependen de la concentración de alimento disponible y de la concentración de
oxígeno. Predominan entonces los consumidores (producción secundaria) y descomponedores
(producción primaria).
Los consumidores transforman materia orgánica utilizando la energía de los enlaces
químicos de las macromoléculas. Los descomponedores, principalmente bacterias, reciclan
nutrientes transformándolos en una forma aprovechable para los productores. La
concentración de bacteria dependerá de la concentración de alimentos.
División del sedimento superficial. Según Carmouze (1994), en la capa de sedimento superficial se diferencian comúnmente:
1. Los compartimentos del C, N y P orgánicos e inorgánicos disueltos en las aguas intersticiales, similares a los de la columna de agua libre.
12 compartimento, así como el del correspondiente en la columna de agua, dependen del
método de muestreo. En general, el muestreo se realiza de tal manera que la biomasa
se limita al de las algas y microorganismos, excluyendo los organismos bentónicos de
tamaños inferiores.
Cuando el sedimento es colonizado por macrofitas o macroalgas se deben prever
compartimentos adicionales de C, N y P relacionados con esta biomasa.
La definición de compartimentos representando las formas inorgánicas de N y P asociadas
al material arcillo-orgánico (en el orden de NH4+ y PO43+), presenta un interés evidente, en la
medida en que estos compartimentos actúan como una reserva tampón de nutriente para la
columna de agua. Por un lado, amortiguando los incrementos de nutrientes en el medio,
originados por los aportes directos o la descomposición de la materia orgánica, secuestrando
una parte de ellos; y por el otro, compensando el déficit de nutrientes en periodos de alta
demanda biológica, liberando parte de estas formas secuestradas. Todos los compartimientos
analíticos anteriores, según Carmouze (1994), son una representación desde el punto de vista
biogeoquímico.
El material inorgánico intercambiable (MIT) está constituido por formas iónicas como
el amonio y el fósforo soluble reactivo que pueden sustituir a otros iones en el material
arcillo-orgánico.
La capa nefeloide está en contacto con el propio sedimento superficial. Los dos últimos
compartimientos pueden tener una gran participación en los ciclos biogeoquímicos,
13 Estratificación térmica de lagos.
Las regiones ecuatoriales, por la inclinación del eje de la Tierra con relación al del Sol, recibe una cantidad de radiación más o menos constante a lo largo de todo el año,
variando esta con la altura sobre el nivel del mar. De acuerdo con lo anterior, en la región
tropical se originan pisos térmicos que varían de acuerdo con la altura sobre el nivel del
mar y el promedio de temperatura en cada piso, (Roldan, 2008).
Por lo expuesto, los lagos en los trópicos están sometidos a un régimen de
temperaturas que varían muy poco en promedio a lo largo del año, pero sí con la altitud,
por lo que se habla de lagos de aguas cálidas, templadas y frías.
La mayoría de las ciénagas de regiones tropicales presentan profundidades reducidas,
apenas de unos pocos metros. Además, las variaciones diarias de temperatura ambiente
son mayores que las del agua, por lo que es común observar estratificaciones y
desestratificaciones diarias en la columna de agua. Estas estratificaciones se desarrollan
durante el día por la entrada de energía calórica, pero en la noche, ocurre la
desestratificación, por pérdida convectiva de calor a la atmósfera. Este proceso de
desestratificación térmica en estos cuerpos de agua se debe básicamente a sus
características morfométricas que facilitan el trabajo del viento y a las fuerzas
conveccionales.
Esteves (1998) menciona el hecho de que en lagos tropicales poco profundos se
observa frecuentemente extensas zonas invadidas por densas comunidades de macrofitas
acuáticas. En estas condiciones, se pueden observar grandes diferencias en la estructura
térmica del lago por la reducción de la acción del viento y por la conservación de calor en
14 Características generales de los depósitos lacustres, (Wetzel, 2000)
- Litologías: areniscas, arcillas de grano fino, calizas y evaporitas.
- Mineralogía: variable, pero en su mayoría son de granulometría fina.
- Textura: arenas moderadamente bien clasificadas
- Geometría del lecho: a menudo muy delgada.
- Estructuras sedimentarias: laminación muy fina y paralela.
- Paleo corrientes: pocos de significado paleo ambiental; fósiles de algas y moluscos de microbios.
- Color: variable, pero puede ser de color gris oscuro en la profundidad del lago y más amarillas o blancas en las orillas o bordes del lago.
- Asociaciones de facies: comúnmente ocurren con depósitos fluviales, evaporitas y asociado con facies eólicas.
Aunque no son abundantes en el registro geológico, los sedimentos del lago son
importantes. Ya que son sensibles a las condiciones climáticas, haciendo a los sedimentos
lacustres indicadores útiles de los climas del pasado. Por ejemplo varios estudios han
demostrado que los episodios antiguos de clima húmedo y seco pueden ser descifrados en
base de la química de los sedimentos del lago y la mineralogía. (Hakanson, 2002).
Las características de los depósitos de ambientes lacustres son definidas por factores como
la profundidad y el tamaño de la cuenca así como el suministro de sedimentos al lago y, el
equilibrio entre el suministro de agua y la pérdida a través de la evaporación (que se relaciona
principalmente con el clima).
Si el clima es húmedo será un lago hidrológicamente abierto, con agua que fluye dentro y
fuera de él. Estos lagos se pueden considerar que se llene en exceso y sus depósitos son
15 a los deltas y las playas, y en las aguas profundas de la suspensión y las corrientes de turbidez
(Barona, 2005).
La caracterización geoquímica de sedimentos lacustres o marinos representa la base de
información práctica para lograr obtener datos sobre la naturaleza físico-química y
mineralógica que conducen a determinar la composición de los sedimentos (Last, 2011).
El sedimento analizado, guarda relación con el cuerpo de agua (laguna) al que pertenece
por lo que, las características del mismo determinan ciertamente su composición química y
mineral.
“Varios estudios han demostrado que los episodios antiguos de clima húmedo y seco pueden
ser descifrados en base de la química de los sedimentos del lago y la Mineralogía. Muchos
sedimentos lacustres también contienen abundantes materiales orgánicos finos que pueden
actuar después del enterramiento como materia prima del petróleo” (Hakanson, 2002).
Las características de los sedimentos lacustres son reguladas por factores que tienen que
ver con la profundidad y el tamaño de la cuenca. En esto, el ambiente tectónico es relevante.
El acarreo de sedimentos hacia la laguna y, el equilibrio entre el ingreso de agua
(afluencia) y la pérdida mediante la evaporación que a su vez, está ligada a las condiciones
climáticas, determina la dinámica del cuerpo de agua y la acumulación de sedimentos. “si el
clima es húmedo será un lago hidrológicamente abierto, con agua que fluye dentro y fuera de
16 1.2.1 Estado actual del conocimiento
El trabajo más antiguo relacionado con el presente estudio es el realizado por
Colinvaux P.A, en 1985; en este, se informa sobre el descubrimiento de lagos permanentes
en la cuenca alta del Amazonas, entre estos, la laguna de Limoncocha.
En él, se realizaron mediciones para determinar profundidad, área de la laguna,
estructura de los sedimentos y datación con 14C, la composición físico-química de las
aguas y variedad de algas presentes.
Un registro sedimentario del Holoceno de la laguna de Añangucocha situada en la
Amazonía ecuatoriana a 25 km de la laguna Limoncocha y que fue realizado por Frost. I,
en 1988, define tres episodios ambientales durante los últimos 3100 años, Un episodio de
pantano (3100-1300 años) fue seguido por inundación regional (1300-800 años) y un
período de Lago abierto (desde 800 años). El registro de Añangucocha indica que la
Amazonia ha experimentado fluctuaciones climáticas durante el Holoceno tardío. Zavala
(2002) ha determinado las características geológicas, sedimentológicas y químicas de los
sedimentos del fondo de un pequeño cuerpo de agua superficial, denominado “jagüey”, en
el noreste de México. El “jagüey” es una depresión costera recién cubierta por una delgada
lámina de agua dulce de forma circular, de poca circulación, con predominancia de
arena-arcillosa en el fondo, lo que permite el contacto con el manto freático del que se alimenta
a través de filtraciones.
Una delgada capa de sedimentos superficiales es ácida y el resto son sedimentos
alcalinos, debido a la presencia de carbonato de calcio. El alto contenido de nitrógeno y
fósforo en los sedimentos indican un impacto en el jagüey a causa de la entrada de
17 sequía y la alta tasa de evaporación, se considera a este cuerpo de agua en un estado de
hipertrofia y senilidad, a pesar de tener un origen geológico reciente.
Ramírez (2004), presenta las características granulométricas y los contenidos de materia
orgánica, humedad, fósforo y calcio del sedimento de la laguna del Parque Norte, un sistema
eutrófico tropical raso. El sedimento es de tipo orgánico (contenido medio de materia
orgánica: 16.5%), se caracteriza como franco arenoso, con alto contenido de agua (media =
84.4%). Como consecuencia de las altas temperaturas del agua, los valores de materia
orgánica y fósforo hallados fueron mucho menores al ser comparados con los encontrados en
ecosistemas lacustres de la zona templada. A pesar de su condición de ecosistema raso
(profundidad media: 1.60 m) y su naturaleza cinética, el „metabolismo de corto circuito‟
afecta la velocidad de la descomposición y con esto los contenidos de materia orgánica y
nutrientes en el sedimento.
La dinámica del sedimento es lenta y, por ello, su re suspensión es baja, a pesar del
carácter polimíctico del cuerpo de agua. Ruiz (2005), investigó el intercambio de fósforo entre
los sedimentos lacustres y el agua como un factor determinante en la situación trófica de lagos
y embalses. Su importancia se basa en un aparente movimiento neto del fósforo hacia el agua,
debido a que los sedimentos actúan como un depósito del mismo, y en condiciones
particulares de anoxia y cambio de potencial redox son liberados, contribuyendo así a una
importante fuente interna.
La determinación analítica del fósforo no es sencilla debido a que el sedimento es una
matriz compleja, con muchas interferencias. Por tanto, es importante contar con una técnica
analítica de fácil aplicación, y que permita obtener resultados en forma precisa y exacta.
En el trabajo mencionado, Ruiz y sus colaboradores, compararon estadísticamente cuatro
18 Legg & Black (1955), con el objetivo de definir una metodología de análisis de sedimento
adecuada a los fines de estudios limnológicos.
Se observó una gran variabilidad en los resultados de Fósforo total (PT) y Fósforo
inorgánico (PI) obtenidos para las distintas técnicas.
El análisis de ANOVA permitió definir a NAQUADAT como la técnica más confiable
para los distintas tipos de matrices analizadas.
La determinación de una técnica analítica apropiada y de buena precisión es esencial para
obtener resultados confiables que permitan una buena interpretación de la dinámica de los
procesos naturales. Los resultados obtenidos remarcan la importancia de continuar con el
estudio de los sedimentos y la implementación de metodologías de análisis apropiadas, para
aportar información relevante que permita una gestión integrada del sistema lago-cuenca. En
2007, Márquez publicó una investigación en la que se estudió la presencia del nitrógeno y
fósforo total en el sedimento de la laguna de Los Patos, estado Sucre, Venezuela. Además, se
muestran los primeros estudios de especiación de fósforo en el sedimento de este ecosistema.
Los resultados muestran niveles altos de nitrógeno y fósforo total que alcanzan valores de
1380,63 mg/kg y 950,63 mg/kg, específicamente en las inmediaciones de la planta de
tratamiento de aguas servidas, situada en extremo sur de la laguna. Se determinó que el
fósforo se encuentra principalmente como fósforo orgánico ligado a minerales fosfatados de
calcio (48,53%) y en segundo término a coexistir en orden secuencial como: fósforo muy lábil
o absorbido (13,89%), fosfato de hierro (13,54%), fósforo moderadamente lábil (7,35%) y por
último en forma refractaria (6,87%).
Las relaciones nitrógeno/fósforo, las cuales alcanzan valores de 9,58, en conjunto con los
altos porcentajes de fósforo orgánico, revelan una fertilidad de tipo orgánico dentro de la
19 En 2009, Salvarredy ha publicado investigaciones en el lago de Milluni Grande (Bolivia)
que está ubicado en el flanco occidental de los Andes Orientales en el valle de Milluni. El
lago es el más grande de este valle, y dado que se halla situado al cierre de cuenca, resulta
estratégico para albergar un registro sedimentario de los últimos 450 años. El registro
sedimentario fue estudiado a partir de un testigo del lago, del cual se describieron y analizaron
detalladamente parámetros físicos y químicos, sedimentología, mineralogía e indicadores
geoquímicos los que permitieron evidenciar una importante variación del clima (VC).
Adicionalmente, una datación con 210Pb en los niveles más superficiales del testigo fue usada
para establecer una tasa de sedimentación del lago y estimar una cronología para los niveles
sin datación.
La cronología definida señala que la variación del clima detectada sucede durante la
Pequeña Edad de Hielo (LIA). Además, una correlación detallada fue establecida entre los
niveles arenosos del registro sedimentario del LMG y las morrenas glaciarias del Cerro
Charquini, (Bolivia).
Finalmente, algunas evidencias históricas bien documentadas sobre el desarrollo de
Pequeña Edad de Hielo en Bolivia son mencionadas. Sánchez en el 2011 presenta dos
perfiles pertenecientes a la Laguna Babícora, localizada en el extremo occidental del desierto
de Chihuahua, (México) que fueron sometidos a estudios estratigráficos, mineralógicos,
geoquímicos de los elementos mayores y trazas, concentración de carbono orgánico,
inorgánico y nitrógeno total. Esta información fue utilizada para inferir la fuente
(procedencia) del sedimento lacustre, las variaciones en el intemperismo químico, aporte
eólico y pluvial, salinidad y procedencia de la materia orgánica, con el fin de realizar una
20 Área de estudio
La laguna de Limoncocha (S 00o 23´ 55.1‟‟ W 076o 36‟ 47.0‟‟, 210 m.s.n.m) se encuentra
ubicada al norte del rio Napo, a una distancia de entre 1.5 y 2 kilómetros respecto a la margen
del rio, en la Reserva Biológica Limoncocha (RBL), de la parroquia Limoncocha, cantón
Shushufindi, provincia de Sucumbíos en la Amazonía del Ecuador, aproximadamente a 210
km de la ciudad de Quito; se halla dentro de la cuenca del río Capucuy, cuyos los tributarios
más importantes son: Playayacu, Pichira, Blanco y Piñasyacu.
La laguna está incluida, en el marco de la convención RAMSAR, dentro del grupo de
humedales continentales con categoría “O” (lagos permanentes de agua dulce, de más de 8 ha,
incluye meandros o brazos muertos de rio (RAMSAR, 1999).
La RBL se halla ubicada en la Provincia de Sucumbíos, en el nororiente de la Amazonía
ecuatoriana, con características de bosque húmedo tropical, incluye un sistema de cuerpos
lenticos y loticos cuyo elemento central es la laguna de Limoncocha.
Fue declarada como reserva biológica en el año de 1985, mediante acuerdo ministerial No.
394, publicado en el registro oficial No. 283.
Clima
La humedad relativa supera el 80%, la mayor parte del tiempo. La temperatura ambiental
promedio es de 25 0C, con una precipitación anual de aproximadamente 3200 mm (ECOLAP
21 Morfometría y Batimetría de la laguna
Tabla 1: valores de algunos parámetros de la laguna Limoncocha, (Villalba & Revelo, 2012)
parámetro unidad valor
Longitud máxima km 3.0
Ancho máximo km 1.06
Ancho medio km 0.76
Área total km2 2.28
Longitud de la línea costera km 8.54
Profundidad máxima m 3.0
Profundidad media m 1.9
Volumen m3 4350483
Tiempo de residencia días 11.57
Caudal medio mensual m3/s 13.0
Altitud sobre el nivel del mar m.s.n.m 210
22 Figura 3: Mapa Batimétrico de la laguna Limoncocha, (Villalba & Revelo
2012).
1.2.2 ADOPCION DE UNA PERSPECTIVA TEORICA
La caracterización geoquímica y mineralógica de los sedimentos de la laguna de
Limoncocha permitirá desarrollar la presente investigación delimitando y enfocando
correctamente el soporte teórico necesario a fin de solucionar el problema planteado.
Así, en base a los resultados obtenidos y en conjunto con otros datos de campo obtenidos
en investigaciones que se llevan a cabo paralelamente podremos definir el comportamiento
23 1.2.3 MARCO CONCEPTUAL
La caracterización geoquímica de los materiales sólidos proporciona información clave
para conocer la composición físico-química de este sustrato.
Del mismo modo el análisis mineralógico conduce a determinar la composición de la
muestra en términos de especies minerales presentes.
Finalmente, los sedimentos representan el componente del ecosistema en estudio que
ofrece la información para inferir respuestas al origen, evolución y comportamiento actual de
la laguna de Limoncocha.
1.2.4 HIPÓTESIS
¿Los sedimentos superficiales de los cinco sectores seleccionados en la laguna de
Limoncocha presentan las mismas características geoquímicas?
1.2.5 IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE VARIABLES
24
CAPITULO II
MÉTODO
2.1 TIPO DE ESTUDIO
Fundamentalmente se trata de un estudio de tipo exploratorio que busca conocer la composición geoquímica y mineralógica de los sedimentos de la laguna en base a la
investigación de campo que se llevó a cabo, y soportada en información bibliográfica
específica.
2.2 MODALIDAD DE INVESTIGACION
La investigación es básicamente de campo; las muestras fueron recolectadas directamente
en el lecho de la laguna, y trasportadas posteriormente a los Laboratorios.
2.3. MÉTODO
En base al conocimiento particular de los resultados de la caracterización geoquímica de
los sedimentos muestreados conseguimos identificar el tipo de sedimento.
Por tanto, el método aplicado puede definirse como inductivo deductivo.
2.4 POBLACIÓN Y MUESTRA
Los sedimentos de la laguna pueden definirse como el “universo” y de este, se han tomado
25
2.5 INSTRUMENTOS DE INVESTIGACION
Los instrumentos seleccionados para la presente investigación son de naturaleza
experimental, tanto para el muestreo del sedimento como para los ensayos y análisis que
se realizaron en el Laboratorio de Química Ambiental de la Universidad Internacional SEK y
en el Laboratorio del Instituto Nacional de Investigación Geológico Minero Metalúrgico,
(INIGEMM) en la ciudad de Quito.
2.5.1 Recolección de muestras de sedimento
El muestreo de sedimentos superficiales se realizó durante el mes de octubre del 2012 en
cinco estaciones (sitios) de la laguna de Limoncocha, con la finalidad de determinar algunas
características geoquímicas de los mismos así como, las interrelaciones entre los distintos
sitios de la laguna seleccionados.
Se utilizó un nucleador de sedimentos de acero inoxidable tipo “core sampler” de 350 mm
de longitud y un diámetro de 50 mm.
Los puntos de muestreo se seleccionaron bajo la modalidad “a criterio” (Leal, 2012),
considerando información previa tal como, zonas más y menos profundas, desembocadura de
afluentes, zona de descarga de la laguna, zona de influencia antropogénica, etc.
Los sitios fueron geo posicionados mediante un GPS marca Garmin ®; el material
recolectado se almacenó en fundas de polietileno con cierre hermético y se preservaron en
26 Figura 4: Estaciones de muestreo ubicadas en la laguna Limoncocha,
28 Figura 6: Dispositivo acoplado para recolección de sedimentos superficiales.
29 Figura 8: Almacenamiento de muestras de sedimentos en fundas de polietileno.
30 MUESTRA NO 1.
Fecha de recolección: 20 de Octubre del 2012.
Ubicación: frente al muelle (zona sur oeste de la laguna). Coordenadas: 319858 – 9954935
Profundidad: 2,2 metros ; espesor del núcleo: 35 cm
Figura 10: Punto de muestreo 1, frente al muelle.
31 MUESTRA NO 2.
Fecha de recolección: 20 de Octubre del 2012.
Ubicación: frente a la antena, (zona occidental de la laguna) Coordenadas: 320174 – 9955932
Profundidad: 2,9 metros ; espesor del núcleo: 35 cm
Figura 12: Punto de muestreo 2, frente a la antena (oeste).
32 MUESTRA NO 3.
Fecha de recolección: 20 de Octubre del 2012.
Ubicación: desembocadura del rio Pishira (zona norte de la laguna). Coordenadas: 321463 – 9957099
Profundidad: 2,9 metros ; espesor del núcleo: 35 cm
Figura 14: Punto de muestreo 3, desembocadura rio Pishira.
33 MUESTRA NO 4.
Fecha de recolección: 20 de Octubre del 2012.
Ubicación: entrada al “caño” (zona norte de la laguna). Coordenadas: 322363 – 9957140
Profundidad: 2,3 metros ; espesor del núcleo: 35 cm
Figura 16: Punto de muestreo 4, entrada al “caño”.
34 MUESTRA NO 5.
Fecha de recolección: 20 de Octubre del 2012. Ubicación: frente a la antena (zona este de la laguna). Coordenadas: 320961 – 9955713
Profundidad: 1,4 metros ; espesor del núcleo: 35 cm
Figura 18: Punto de muestreo 5, frente a la antena (este).
35 Registro de la profundidad
Para determinar la profundidad a la que se tomaron las muestras de sedimentos se utilizó una sonda para medición de profundidad basada en la emisión de impulsos de alta
frecuencia (sonar) que se reflejan en el fondo de la laguna.
Figura 20: Sonda portátil de profundidad DEPTHMATE® .
2.5.2 Métodos de caracterización y análisis geoquímicos
2.5.2.1 Pre-tratamiento de las muestras
Las muestras de sedimentos fueron secadas a 60 oC en estufa eléctrica, durante 24 horas,
luego fueron pulverizadas en un mortero de porcelana y almacenadas en recipientes de vidrio
para la realización de todos los ensayos y análisis con excepción de las mediciones de
Hidrocarburos totales de petróleo (TPH) y el contenido de sólidos en el sedimento (humedad),
36 Figura 21: Secado y almacenamiento de muestras.
2.5.2.2 Análisis granulométrico
El análisis del tamaño de partícula se llevó a cabo pesando 100 g de sedimento
seco (P1) y tamizando en un juego de cuatro tamices, con tamaños de poro de 180
a 45 µm; la fracción de sedimento retenida en cada tamiz fue pesada (P2) para
calcular posteriormente el porcentaje retenido (PR) , de acuerdo a la siguiente
fórmula:
PR (%) = 100 (P2 / P1) (1)
37 Figura 22: Juego de tamices COLE PARMER®
2.5.2.3 Determinación de la densidad
La determinación de la densidad del sedimento (Ds) se realizó empleando el
método del picnómetro, para lo cual se realizaron cuatro pesadas:
Picnómetro vacío (Mp)
Picnómetro con el sedimento seco (Ms)
Picnómetro lleno de agua destilada (Ma)
Picnómetro con el sedimento seco y lleno de agua destilada (Msa).
densidad del agua destilada (Da) a 20oC (temperatura del agua destilada
durante el ensayo) es 1,00 g/cm3
La fórmula para el cálculo:
38
Figura 23: picnómetro de vidrio, (25 mL de capacidad).
2.5.2.4 Análisis mineralógico
Las muestras de sedimentos secos pasadas a través del tamiz
# 325 fueron enviadas al Laboratorio del Instituto Nacional Geológico Minero
Metalúrgico del Ecuador (INIGEMM) para la realización del análisis mineralógico
39 Figura 24: Difractómetro de Rayos X, Siemens D5000 (INIGEMM, 2013)
2.5.2.5 Contenido de sólidos
Para la determinación del contenido de sólidos en los sedimentos (SSed), se
utilizó el método gravimétrico que consiste en pesar 5 a 10 g de muestra de
sedimento húmedo (PH) y colocar en una cápsula de porcelana previamente
pesada (CP); a continuación, secar en una estufa eléctrica a 105 oC hasta “peso
constante” (PS).
Para el cálculo del contenido de sólidos se empleó la siguiente fórmula:
40 Figura 25: Estufa eléctrica MEMMET.
2.5.2.6 Medición del pH.
Su determinación se realizó en una suspensión del sedimento en agua destilada
con una relación de 1:10, (Díaz, 2005).
La suspensión preparada se mezcló mediante un agitador magnético por 15
minutos; luego se dejó en reposo por 15 minutos y finalmente se registró los
valores del pH una vez que se han estabilizado.
La calibración del medidor de pH se llevó a cabo mediante soluciones tampón
41 Figura 26: Medidor de pH, HACH 280.
2.5.2.7 Contenido de materia orgánica
La materia orgánica (MO) fue determinada basándose en el método descrito por
De la Lanza (1980); Bernal & Betancur (1996). Este método se fundamenta en la
mineralización total de la materia orgánica que se encuentra presente en los
sedimentos lacustres, lo cual se consiguió a través de la calcinación de la muestra
en una mufla eléctrica a 550 oC por una hora, de manera que se obtuvo un residuo
fijo.
Se pesó entre 5 y 10 g de muestra seca (X1) en un crisol de porcelana
previamente pesado (X2). Luego de la calcinación se vuelve a pesar el crisol más el
residuo (X3).
El cálculo se llevó a cabo empleando la siguiente fórmula:
42 Figura 27: Mufla eléctrica WISE THERM.
2.5.2.8 Hidrocarburos Totales de Petróleo (TPH)
El ensayo para la medición de TPH se realizó utilizando los métodos EPA
3500B para la extracción y preparación de la muestra de sedimento y el método
EPA 8440 para la medición de la concentración de TPH por Espectrofotometría
infrarroja.
El procedimiento consistió en pesar 2 g de sedimento húmedo
(PSH) en un vaso de precipitación; agregar 10 mL de solvente orgánico S-316 y
agitar por 10 minutos. A continuación filtrar a través de papel filtro conteniendo
1g de sulfato de sodio anhidro; el filtrado se recogió en un balón aforado de 10 mL
(VS), (completar el volumen hasta el enrase con solvente S-316).
Se preparó la curva de calibración usando como estándar octano puro. Para la
medición de la concentración de TPH el líquido obtenido se trasvasa a la celda de
medición y se registra la lectura de absorbancia que luego se interpola en la curva
43 Para los cálculos se utilizó la siguiente fórmula que representa el contenido de
TPH en mg /kg de sedimento húmedo:
TPH (mg/kg) = [LIR (mg L-1) . Vs (L) . 103 (g kg-1)] / PSH (g) (5)
Para expresar la concentración de TPH en el sedimento seco se consideró el
contenido de humedad de la muestra:
%Humedad = 100 - % sólidos (6)
Figura 28: Analizador de TPH, BUCK SCIENTIFIC 101
2.5.2.9 Fósforo total
Para la determinación de fósforo total contenido en el sedimento se empleó el
método de Valderrama, JC (1981) modificado, que se basa en la oxidación de
todos los compuestos fosforados en un medio ácido.
En un tubo de ensayo se mezclaron 2 g de muestra seca, (MI) con 10 mL del
44 bórico disueltos en un litro de agua destilada) y se procede a su digestión por
120 minutos a 125 oC; luego se filtró y el líquido obtenido se afora en un balón de
25 mL de capacidad, (VP).
A continuación se realizó la medición de la concentración de P total en el
sedimento, (MP) mediante la técnica de Espectrofotometría UV/visible con
reactivo de molibdato de amonio (PhosVer3 HACH®).
Para el cálculo se emplea la ecuación:
P total (mg/kg) = [MP (mg L-1). VP (L). 103 (g kg-1)] / MI (g) (7)
45 2.5.2.10 Nitrógeno total
Para la determinación de nitrógeno total en los sedimentos se empleó el método
Kjeldhal modificado (Ebina, 1980) que se desarrolla en dos etapas: digestión y
destilación.
Digestión: Se pesa 2 g de sedimento seco (PS), se lleva al tubo de digestión se agrega 50
mL de ácido sulfúrico concentrado; se añade 20 g de sulfato de sodio anhidro y 1 g de sulfato
de cobre pentahidratado. Se calienta en el digestor a 350 oC durante dos horas; dejar enfriar.
Destilación: Una vez frio el tubo de digestión, se diluyó con 100 mL de agua destilada y 40 mL de hidróxido de sodio al 40% más 0,5 g de granallas de zinc. Se pasa el tubo al equipo
de destilación y se procede a destilar hasta que en el recipiente de condensación que contiene
25 mL de solución de ácido bórico al 4% haya recibido 100 mL de destilado el cual se
valora con solución de H2SO4 0,5 N usando como indicador, anaranjado de metilo.
Los cálculos se realizaron utilizando la fórmula:
Ntotal (mg/kg) = [N ácido. V ácido. 14. 1000 g)] / Ps (g)(kg) (8)
Dónde:
Nácido = normalidad del ácido sulfúrico (# eq/L)
46 Figura 30: Equipo de digestión INKJEL M.
47 2.5.2.11 Análisis de Metales
Para la determinación de metales en los sedimentos muestreados se utilizaron
los métodos: USEPA 3050 “Digestión ácida de sedimentos, lodos y suelos”
(Edgell, 2005); (Kimbrough, 1989).
El procedimiento seguido consistió en pesar 2 g de sedimento seco (M1) , en
un vaso de precipitación al cual se añadió 10 mL de Ácido nítrico (1:1) y calentó a
ebullición por 10 minutos; luego se adicionan 5 mL de HNO3 concentrado y hervir
por 30 minutos. Evaporar hasta obtener un volumen final de aproximadamente 5
mL.
Enfriar y añadir 2mL de agua destilada y 3 mL de peróxido de hidrógeno al
30%; continuar la adición de alícuotas 1 mL de H2O2 hasta que cese el “burbujeo”;
reducir el volumen a 5 mL.
Adicionar 10 mL de ácido clorhídrico concentrado y hervir por 15 minutos.
Enfriar y filtrar a través de papel filtro (Whatman # 41) recolectando la solución
resultante en un balón aforado de 50 mL, (VF).
Finalmente, se analizó el contenido de metales en la disolución (CS) mediante el
método de Espectrometría de Absorción Atómica con llama (EAA)
Para preparar la curva de calibración de cada elemento se usaron soluciones
patrón de la casa comercial Baker ®.
Los cálculos se efectuaron mediante la siguiente fórmula:
Metal (mg/kg) = [CS (mg L-1) . VF (L) . 103 (g kg-1)] / M1 (g) (9)
48 Figura 32: Espectrofotómetro de Absorción Atómica PERKIN ELMER AA 200.
2.6
VALIDEZ Y CONFIABILIDAD DE LOS INSTRUMENTOS
Los equipos y materiales empleados en esta investigación han sido calibrados y
validados por los fabricantes. Las soluciones empleadas tienen certificación del
Laboratorio de origen.
2.7
PROCESAMIENTO DE DATOS
Los datos obtenidos de las muestras de sedimento codificadas corresponden al promedio
de tres replicas realizadas para cada ensayo; luego se clasificaron y agruparon de acuerdo al
parámetro medido, y finalmente se registraron en tablas.
A partir de estos datos, se generaron gráficos que permitan visualizar tendencias,
comportamientos o correlaciones entre los parámetros medidos y también en relación con los
49 En ciertos casos se ha aplicado un tratamiento estadístico básico a los resultados obtenidos
para conocer valores estadísticos notables, que permitan realizar generalizaciones válidas,
como el diagrama de caja y bigote (box spot) que nos permite visualizar la dispersión y
50
CAPITULO III
RESULTADOS
3.1 LEVANTAMIENTO DE DATOS
Los datos de campo y resultados de los análisis de Laboratorio fueron recopilados en una
libreta de campo y cuaderno de datos donde se registraron las observaciones y las mediciones
realizadas.
3.2 PRESENTACION Y ANALISIS DE RESULTADOS
3.2.1 Medición de la profundidad.
Figura 33: Profundidad registrada para cada estación de muestreo.
P1 P2 P3 P4 P5
sedimento -0,35 -0,35 -0,35 -0,35 -0,35
columna agua -2,2 -2,9 -1,5 -2,3 -1,4
-3,5 -3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 pr of undi dad (m )
51 3.2.2
Análisis Granulométrico.
Tabla 2: Ensayo de tamizado: (%) retenido.
muestra # malla 80 malla 100 malla 200 malla 325 pasa
0,177 mm 0,149 mm 0,074 mm 0,044 mm
1 4,40 0,12 0,14 0,21 95,13
2 4,42 0,10 0,12 0,22 95,14
3 7,55 0,22 0,25 0,24 91,74
4 4,02 0,23 0,21 0,24 95,30
5 9,78 0,10 0,16 0,23 89,73
Tabla 3: Ensayo de tamizado: (%) retenido acumulado
muestra # malla 80 malla 100 malla 200 malla 325 pasa
0,177 mm 0,149 mm 0,074 mm 0,044 mm
1 4,40 4,52 4,66 4,87 100
2 4,42 4,52 4,64 4,86 100
3 7,55 7,77 8,02 8,26 100
4 4,02 4,25 4,46 4,70 100
5 9,78 9,88 10,04 10,27 100
Según el sistema de la American Society for Testing and Materials, ASTM, las fracciones
tienen las siguientes denominaciones:
Tabla 4: Equivalencia de diámetro de partícula a fracción identificable.
Fracción Diámetro (mm)
Arena 2 a 0,075
Limo 0,075 a 0,005
Arcilla Menor a 0,005
Por tanto, la composición aproximada de las muestras de sedimento (en base al % retenido
52 Tabla 5: Composición en fracciones (granulométricas) de los sedimentos.
Muestra # Arena % Limo % Arcilla %
1 4,66 0,21 95,33
2 4,64 0,22 95,35
3 8,02 0,24 91,94
4 4,46 0,24 95,50
5 10,04 0,23 89,93
promedio 6,36 0,23 93,61
Desviación estándar 2,53 0,01 2,54
-20 0 20 40 60 80 100 120
0,001 0,01 0,1 1
M1 M2 M3 M4 M5
% r et en id o ac u m u lad o
tamaño de partícula (mm)
Figura 34: Curva granulométrica de los sedimentos.
53 Observando la curva granulométrica para las cinco muestras de sedimentos recolectadas, se
aprecia que el tamaño de partícula predominante en todos los casos es inferior a 0,075 mm (75
µm), que corresponde a la fracción limo-arcillosa, 93,84% (+/- 2,54).
Si el valor de la composición en fracciones de cada uno de los sedimentos los
representamos en el diagrama de textura (Shepard, 1954), observamos que las muestras
ensayadas se ubican en el sector de textura arcillosa.
54 3.2.3 Determinación de la Densidad
.
Tabla 6: densidad relativa de los sedimentos.
Muestra # Densidad
g/cm3
1 2,42
2 2,46
3 1,78
4 1,96
5 2,20
Figura 36: Diagrama de “caja” para la densidad de los sedimentos de la laguna
La mediana de la densidad relativa del sedimento fue 2,20 g/cm3; Los valores
percentiles P25 yP75 son 1,96 y 2,42 g/cm3 respectivamente; el rango de valores para el
análisis estadístico aplicado fue de 0,64, mientras que los valores mínimo y máximo, son
1,00 y 3,38 g/cm3;
